Термоядерный синтез — одна из самых амбициозных технологий будущего, обещающая неиссякаемый источник энергии без выбросов углерода. Однако ключевая проблема, с которой сталкивались исследователи десятилетиями, — стабильность плазмы, необходимая для устойчивого синтеза. Недавние результаты экспериментов компании Zap Energy, проведённые в устройстве FuZE, показывают, что их технология Z-пинча позволяет добиться изотропии нейтронов, что является важнейшим признаком того, что их плазма достигает термодинамического равновесия. Это открытие означает, что метод может быть масштабирован для производства чистой энергии.
Изотропия в физике означает, что свойства системы одинаковы во всех направлениях. Для термоядерного синтеза изотропия нейтронов является решающим показателем стабильности плазмы: если нейтроны испускаются равномерно, это подтверждает, что реакция протекает в тепловом равновесии, необходимом для устойчивого синтеза. Если же нейтроны испускаются неравномерно (анизотропия), это может указывать на нестабильность плазмы, что делает процесс неэффективным.
Исследование, опубликованное в журнале Nuclear Fusion, показывает, что Zap Energy смогла достичь почти идеальной нейтронной изотропии в FuZE. Это доказывает, что технология стабилизированного сдвиговым потоком Z-пинча устраняет фундаментальные проблемы прошлых подходов. В отличие от других методов, таких как лазерный термоядерный синтез или токамаки, Z-пинч не требует внешних магнитов для удержания плазмы, что делает его конструкцию более компактной и потенциально менее затратной.
Фундаментальный процесс, используемый в устройстве, заключается в слиянии ядер водорода, что приводит к образованию гелия и выбросу высокоэнергетических нейтронов. Эти нейтроны несут 80% всей выделяемой энергии, что делает их важным индикатором успешности синтеза. При традиционном подходе, известном как «пучково-мишенный синтез», ядра ускоряются и сталкиваются с неподвижными частицами, создавая поток неравномерных нейтронов, что делает метод неэффективным для выработки энергии. В отличие от этого, тепловой синтез, реализованный в FuZE, создаёт нейтроны с равномерной энергией во всех направлениях, подтверждая, что процесс приближается к условиям, необходимым для энергетически выгодного термоядерного синтеза.
Для проверки изотропии учёные установили вокруг реактора нейтронные детекторы, которые фиксировали направление и энергию испускаемых частиц. В ходе экспериментов, включавших 433 плазменных разряда, было выявлено, что нейтроны имеют практически идеальную изотропию, подтверждая, что плазма достигает термодинамического равновесия. Это критически важно для масштабирования технологии, так как позволяет прогнозировать её поведение при увеличении энергии и размеров реактора.
Технология Z-пинча имеет долгую историю, начиная с 1950-х годов, когда британский проект ZETA (Zero Energy Thermonuclear Assembly) впервые продемонстрировал эффект сжатия плазмы магнитным полем. Однако ранние эксперименты выявили, что возникающие нестабильности не позволяли добиться устойчивого синтеза. Новый подход Zap Energy, использующий стабилизацию сдвиговым потоком, позволяет избежать этих проблем, удерживая плазму стабильной в течение необходимого времени.
Эта работа имеет большое значение не только для Zap Energy, но и для всей области термоядерного синтеза. Достижение изотропии нейтронов означает, что технология может быть масштабирована, что в перспективе открывает путь к разработке коммерческих термоядерных реакторов. Следующим шагом для компании станет тестирование более мощного устройства FuZE-Q, которое будет работать при более высоких температурах и энергиях, что приближает человечество к созданию практически неисчерпаемого источника чистой энергии.
Запуск устойчивого термоядерного синтеза — одна из величайших задач современной науки. Хотя ещё предстоит провести множество испытаний, результаты работы Zap Energy демонстрируют, что путь к коммерчески жизнеспособному реактору становится всё более реальным. Это открытие может стать поворотным моментом в энергетике, сделав человечество независимым от ископаемого топлива и обеспечив экологически чистый источник энергии на века.
А затем «Добавить на главный экран».